我国幅员辽阔且地形复杂多样,许多中低压架空线路不可避免地会穿越旷野丘陵地带,受地形与雷电活动的影响,雷击跳闸率一直居高不下。据统计,中低压架空线路因雷击造成的跳闸停电事故占整个配电系统故障的50%~70%,其中又以山区架空线路的雷害故障更为严重。
35kV架空线路绝缘水平较低,加上山区地形地貌的影响,其更容易发生雷击跳闸事故。虽采用避雷器、架空地线等常见防雷措施可取得较好的防护效果,但如果对不同运行情况架空线路的雷击风险缺乏准确评估,将导致防雷改造时无法实现防雷措施的最优配置。
为此,国内外学者从线路雷击跳闸率与多源数据综合分析两方面出发,对中低压架空线路的雷击风险评估开展了较多研究。但是目前对中低压架空线路的雷击风险评估以10kV架空线路为主,而针对山区35kV架空线路的雷击风险评估缺乏系统研究。
为了更加客观地评估山区架空线路的雷击风险,云南电网有限责任公司大理供电局的研究人员朱道俊、张文锋、李国彬,在2022年第8期《电气技术》上撰文,利用ATP-EMTP对不同运行条件下35kV架空线路的耐雷水平进行计算,基于熵权和TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)法建立考虑山区地形地貌的雷击风险评估模型,实现对线路段-杆塔雷击风险的综合评估,分析典型地形下架空线路的防雷薄弱点,并针对不同地形下的架空线路给出相应的防雷改造建议。
图1 雷击风险评估流程
他们对大理地区某实际35kV架空线路进行了评估应用,认为对位于高风险线路段的高风险杆塔需要重点关注,并提出差异化的防雷改造措施。团队根据山区架空线路的特点,推荐的防雷改造方案如下:
线路的暴露面积相比平原更大,使线路的引雷宽度变大,从而导致直击雷跳闸率较大,因此,应以防直击雷为主,建议加装避雷线。在安装避雷线后,其绕击、反击与感应雷耐雷水平分别提升至44.0kA、57.7kA与46.7kA,且受避雷线屏蔽作用,导线受雷电直击概率将大幅下降,基本不会发生雷电绕击线路跳闸。
线路的暴露面积受两侧地形的影响,位于上坡侧的线路,由于地面的引雷作用,使其引雷宽度变小,而位于下坡侧的线路引雷宽度则变大;由于受倾角影响较为严重,因此防雷策略为加强线路整体绝缘水平。在全线路段进行绝缘改造后,其绕击、反击与感应雷耐雷水平分别提升至35.4kA、51.9kA与42.4kA,可见改善绝缘对提升线路的防直击雷与防感应雷能力均有较好的效果。
在地面的引雷作用下,线路暴露面积相比平原更小,使线路的引雷宽度变小,即直击雷的影响较小,主要为感应雷,可对高风险杆塔安装避雷器进行保护。在全线路段安装避雷器后,其绕击、反击与感应雷耐雷水平分别提升至70.0kA、38.0kA与107.4kA,可见安装避雷器对提升线路整体防雷能力有极好的效果,尤其是防感应雷效果显著。
本文编自2022年第8期《电气技术》,论文标题为“基于熵权和TOPSIS法的山区35kV架空线路雷击风险评估”,作者为朱道俊、张文锋 等,本课题得到云南电网有限责任公司科技项目的支持。